Страница 130 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. С помощью метода электронного баланса составьте уравнение химической реакции, схема которой

$NH_3 + CuO \rightarrow Cu + N_2 + H_2O$

Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе.

Определите объём выделившегося газа (н. у.), если в реакцию вступил аммиак в количестве 0,8 моль:

С помощью метода электронного баланса составьте уравнение химической реакции, схема которой NH₃ + CuO → Cu + N₂ + H₂O

Для решения задачи методом электронного баланса сначала определим степени окисления всех элементов в реагентах и продуктах:
$N^{-3}H^{+1}_3 + Cu^{+2}O^{-2} \rightarrow Cu^{0} + N_2^{0} + H^{+1}_2O^{-2}$

Элементы, изменившие свои степени окисления, — это азот (N) и медь (Cu).
Азот повышает степень окисления с -3 до 0. Это процесс окисления. Вещество, содержащее азот ($NH_3$), является восстановителем.
Медь понижает степень окисления с +2 до 0. Это процесс восстановления. Вещество, содержащее медь ($CuO$), является окислителем.

Составим схемы полуреакций окисления и восстановления:
$2N^{-3} - 6e^{-} \rightarrow N_2^{0}$ (окисление)
$Cu^{+2} + 2e^{-} \rightarrow Cu^{0}$ (восстановление)

Теперь необходимо уравнять число отданных и принятых электронов. Наименьшее общее кратное для чисел 6 и 2 равно 6. Это означает, что в реакции участвуют 6 электронов.
Найдем коэффициенты, умножив полуреакции на соответствующие множители:

$ \begin{array}{c|c l c|c} \text{окисление} & 2N^{-3} & -6e^{-} \rightarrow & N_2^{0} & 1 \\ \hline \text{восстановление} & Cu^{+2} & +2e^{-} \rightarrow & Cu^{0} & 3 \end{array} $

Коэффициент перед веществами, содержащими азот, связан с множителем 1. Так как в полуреакции участвуют два атома азота ($2N^{-3}$), коэффициент перед $NH_3$ будет 2, а перед $N_2$ — 1.
Коэффициент перед веществами, содержащими медь, равен 3. Ставим 3 перед $CuO$ и 3 перед $Cu$.
$2NH_3 + 3CuO \rightarrow 3Cu + N_2 + H_2O$

На последнем этапе уравниваем количество атомов водорода и кислорода. Слева 6 атомов водорода (в $2NH_3$), значит, перед $H_2O$ справа ставим коэффициент 3.
Проверяем кислород: слева 3 атома (в $3CuO$), справа тоже 3 атома (в $3H_2O$). Баланс достигнут.

Ответ: $2NH_3 + 3CuO \rightarrow 3Cu + N_2 + 3H_2O$.

Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе.

Окислитель — это частица (атом, ион или молекула), которая принимает электроны в ходе реакции, понижая свою степень окисления. В данной реакции медь $Cu^{+2}$ в составе $CuO$ принимает 2 электрона и восстанавливается до $Cu^{0}$.
Восстановитель — это частица, которая отдает электроны, повышая свою степень окисления. В данной реакции азот $N^{-3}$ в составе аммиака $NH_3$ отдает 3 электрона (в расчете на 1 атом) и окисляется до $N^{0}$.

Ответ: $NH_3$ (за счет $N^{-3}$) — восстановитель, $CuO$ (за счет $Cu^{+2}$) — окислитель.

Определите объём выделившегося газа (н. у.), если в реакцию вступил аммиак в количестве 0,8 моль.

Дано:
$n(NH_3) = 0,8 \text{ моль}$
$V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ (молярный объем газа при н. у.)

Найти:
$V(газа) - ?$

Решение:
Используем сбалансированное уравнение реакции:
$2NH_3 + 3CuO \rightarrow 3Cu + N_2 + 3H_2O$
Из продуктов реакции газообразным веществом при нормальных условиях (н. у.) является азот ($N_2$).
По уравнению реакции, из 2 моль аммиака ($NH_3$) образуется 1 моль азота ($N_2$). Составим пропорцию для нахождения количества вещества выделившегося азота:
$\frac{n(NH_3)}{n(N_2)} = \frac{2}{1}$

Выразим количество вещества азота:
$n(N_2) = \frac{n(NH_3)}{2} = \frac{0,8 \text{ моль}}{2} = 0,4 \text{ моль}$

Теперь найдем объём азота, используя формулу $V = n \cdot V_m$:
$V(N_2) = n(N_2) \cdot V_m = 0,4 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 8,96 \text{ л}$

Ответ: объём выделившегося газа (азота) равен 8,96 л.

1. Высшая и низшая степени окисления углерода соответственно равны

1) $+4$ и $0$

2) $-2$ и $+4$

3) $+4$ и $-4$

4) $+2$ и $-2$

Для определения высшей и низшей степеней окисления химического элемента необходимо рассмотреть его положение в Периодической системе и его электронное строение.

Углерод ($C$) — это химический элемент, расположенный в 14-й группе (или IVА группе) и 2-м периоде Периодической системы. Электронная конфигурация его атома: $1s^22s^22p^2$. На внешнем энергетическом уровне у углерода находится 4 валентных электрона.

Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп, как правило, численно равна номеру группы. Для углерода, как элемента 14-й (IV) группы, высшая степень окисления равна $+4$. Она проявляется в соединениях, где углерод отдает все свои четыре валентных электрона. Например, в оксиде углерода(IV) ($CO_2$) или тетрахлорметане ($CCl_4$).

Низшая степень окисления для неметаллов определяется количеством электронов, которые атом может принять до завершения своего внешнего электронного слоя (до октета). Её можно рассчитать по формуле: номер группы − 8. Для углерода это значение составляет $4 - 8 = -4$. Эта степень окисления проявляется в соединениях с менее электроотрицательными элементами, например, с водородом в метане ($CH_4$) или с металлами в карбидах (например, в карбиде алюминия $Al_4C_3$).

Таким образом, высшая и низшая степени окисления углерода соответственно равны $+4$ и $-4$.

Сравнивая с предложенными вариантами, правильным является вариант 3.

Ответ: 3

2. Выберите формулу вещества, в котором степень окисления азота равна -3.

1) $N_2$

2) $N_2O_3$

3) $NaNO_2$

4) $NH_3$

Решение

Для того чтобы выбрать формулу вещества, в котором степень окисления азота равна $-3$, необходимо последовательно рассчитать эту величину для каждого из предложенных вариантов. Для этого будем использовать общие правила определения степеней окисления: сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна 0; степень окисления элемента в простом веществе равна 0; степень окисления кислорода в большинстве соединений равна $-2$; степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна $+1$; степень окисления щелочных металлов (например, $Na$) равна $+1$.

1) $N_2$

Молекула азота $N_2$ является простым веществом. Согласно правилу, степень окисления атомов в простом веществе равна $0$.

2) $N_2O_3$

В оксиде азота(III) $N_2O_3$ степень окисления кислорода равна $-2$. Обозначим степень окисления азота за $x$. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов равна нулю. Составим и решим уравнение:

$2 \cdot x + 3 \cdot (-2) = 0$

$2x - 6 = 0$

$2x = 6$

$x = +3$

Следовательно, степень окисления азота в $N_2O_3$ равна $+3$.

3) $NaNO_2$

В нитрите натрия $NaNO_2$ степень окисления натрия (щелочной металл) равна $+1$, а кислорода $-2$. Обозначим степень окисления азота за $x$. Составим и решим уравнение:

$(+1) + x + 2 \cdot (-2) = 0$

$1 + x - 4 = 0$

$x - 3 = 0$

$x = +3$

Следовательно, степень окисления азота в $NaNO_2$ равна $+3$.

4) $NH_3$

В аммиаке $NH_3$ степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна $+1$. Обозначим степень окисления азота за $x$. Составим и решим уравнение:

$x + 3 \cdot (+1) = 0$

$x + 3 = 0$

$x = -3$

Следовательно, степень окисления азота в $NH_3$ равна $-3$.

Таким образом, вещество, в котором степень окисления азота равна $-3$, это аммиак ($NH_3$), что соответствует варианту 4.

Ответ: 4

3. Степень окисления фосфора в фосфорной кислоте равна

1) $-3$

2) $+3$

3) $+5$

4) $-5$

Для определения степени окисления фосфора в фосфорной кислоте необходимо знать ее химическую формулу и применить правила расчета степеней окисления.

Дано:

Соединение: фосфорная кислота.

Найти:

Степень окисления фосфора ($P$).

Решение:

1. Химическая формула фосфорной (или ортофосфорной) кислоты — $H_3PO_4$.

2. Основные правила для определения степеней окисления:
— Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю. Молекула $H_3PO_4$ является нейтральной.
— Степень окисления водорода (H) в соединениях с неметаллами (в том числе в кислотах) равна $+1$.
— Степень окисления кислорода (O) в большинстве соединений (в том числе в оксидах и кислотах) равна $-2$.

3. Обозначим искомую степень окисления атома фосфора (P) за $x$.

4. Составим уравнение, исходя из того, что в молекуле $H_3PO_4$ содержатся 3 атома водорода, 1 атом фосфора и 4 атома кислорода:
$3 \cdot (+1) + 1 \cdot x + 4 \cdot (-2) = 0$

5. Решим полученное уравнение:
$3 + x - 8 = 0$
$x - 5 = 0$
$x = +5$

Следовательно, степень окисления фосфора в фосфорной кислоте составляет $+5$. Этот вариант соответствует номеру 3 в предложенных ответах.

Ответ: 3) $+5$

4. Сера в степени окисления $+4$ может быть

1) только восстановителем

2) только окислителем

3) и окислителем, и восстановителем

4) не проявляет окислительно-восстановительных свойств

Решение

Окислительно-восстановительные свойства химического элемента зависят от его степени окисления в соединении.

Сера (S) — это элемент 16-й группы (или VIA-группы) периодической системы. Электронная конфигурация ее внешнего энергетического уровня — $3s^23p^4$. Это означает, что у серы 6 валентных электронов.

Возможные степени окисления для серы находятся в диапазоне от -2 до +6:

• Низшая степень окисления равна -2. Она проявляется, когда атом серы принимает 2 электрона для завершения электронной оболочки до октета (например, в сероводороде $H_2\stackrel{-2}{S}$).
• Высшая степень окисления равна +6. Она проявляется, когда атом серы отдает все 6 валентных электронов (например, в серной кислоте $H_2\stackrel{+6}{S}O_4$ или оксиде серы(VI) $\stackrel{+6}{S}O_3$).

Степень окисления +4, указанная в задаче (например, в оксиде серы(IV) $\stackrel{+4}{S}O_2$ или сернистой кислоте $H_2\stackrel{+4}{S}O_3$), является для атома серы промежуточной.

Элемент в промежуточной степени окисления может проявлять двойственные окислительно-восстановительные свойства:

1. Он может повышать свою степень окисления, отдавая электроны. В этом случае он выступает в роли восстановителя. Для серы +4 это означает переход в степень окисления +6.
   Пример: $2\stackrel{+4}{S}O_2 + O_2 \rightarrow 2\stackrel{+6}{S}O_3$. Здесь сера окисляется, $SO_2$ — восстановитель.
2. Он может понижать свою степень окисления, принимая электроны. В этом случае он выступает в роли окислителя. Для серы +4 это означает переход в степень окисления 0 или -2.
   Пример: $\stackrel{+4}{S}O_2 + 2H_2S \rightarrow 3\stackrel{0}{S} + 2H_2O$. Здесь сера восстанавливается, $SO_2$ — окислитель.

Таким образом, сера в степени окисления +4 может быть как окислителем, так и восстановителем.

Ответ: 3) и окислителем, и восстановителем

5. Процесс окисления углерода отражает схема

1) $C \to CH_4$

2) $C \to CO_2$

3) $CO_2 \to CO$

4) $C \to Al_4C_3$

Решение

Процесс окисления — это химический процесс, в ходе которого атом, ион или молекула теряет электроны, что приводит к увеличению его степени окисления. Чтобы определить, какая из схем отражает окисление углерода, необходимо рассчитать изменение степени окисления атома углерода в каждом из предложенных превращений.

Степень окисления углерода в виде простого вещества (C) равна $0$.

1) C → CH₄
В данной схеме углерод ($C$) переходит в метан ($CH_4$). Степень окисления углерода в $C$ равна $0$. В молекуле метана ($CH_4$) водород имеет степень окисления $+1$. Сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна нулю. Пусть степень окисления углерода равна $x$. Тогда $x + 4 \cdot (+1) = 0$, откуда $x = -4$. Степень окисления углерода изменилась с $0$ на $-4$. Это процесс восстановления, так как степень окисления понизилась.

2) C → CO₂
В данной схеме углерод ($C$) переходит в диоксид углерода ($CO_2$). Степень окисления углерода в $C$ равна $0$. В молекуле диоксида углерода ($CO_2$) кислород имеет степень окисления $-2$. Пусть степень окисления углерода равна $x$. Тогда $x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$. Степень окисления углерода изменилась с $0$ на $+4$. Это процесс окисления, так как степень окисления повысилась.

3) CO₂ → CO
В данной схеме диоксид углерода ($CO_2$) переходит в оксид углерода(II) ($CO$). Как мы выяснили ранее, степень окисления углерода в $CO_2$ равна $+4$. В молекуле $CO$ кислород имеет степень окисления $-2$. Пусть степень окисления углерода равна $x$. Тогда $x + (-2) = 0$, откуда $x = +2$. Степень окисления углерода изменилась с $+4$ на $+2$. Это процесс восстановления, так как степень окисления понизилась.

4) C → Al₄C₃
В данной схеме углерод ($C$) переходит в карбид алюминия ($Al_4C_3$). Степень окисления углерода в $C$ равна $0$. В соединении $Al_4C_3$ алюминий, как металл III группы, имеет постоянную степень окисления $+3$. Пусть степень окисления углерода равна $x$. Тогда $4 \cdot (+3) + 3 \cdot x = 0$, откуда $12 + 3x = 0$, и $x = -4$. Степень окисления углерода изменилась с $0$ на $-4$. Это процесс восстановления, так как степень окисления понизилась.

Таким образом, единственная схема, в которой степень окисления углерода увеличивается, то есть происходит его окисление, это $C \rightarrow CO_2$.

Ответ: 2